Los físicos resuelven el rompecabezas de la formación de nubes

Uno de los mayores desafíos de la física atmosférica es explicar cómo se forman las nubes.

Los físicos conocen lo básico, por supuesto: que a una cierta temperatura y presión, el vapor de agua se condensa en gotitas que se combinan para formar gotas de lluvia lo suficientemente pesadas como para caer a la Tierra.

El diablo está en el detalle. Este proceso de agregación de gotitas a veces ocurre tan rápido que desafía toda explicación. La mayoría de la gente habrá visto la formación de nubes en cuestión de minutos y la lluvia aparecer casi de la nada.

Los investigadores incluso han medido este proceso. Por lo general, ven gotas con un diámetro de 15 micrómetros, demasiado pequeñas para la lluvia, crecer hasta 50 micrómetros o más en menos de media hora. Eso es lo suficientemente grande como para provocar un aguacero.

La pregunta es cómo ocurre este crecimiento. Ningún modelo estándar de formación de gotas puede explicarlo ((al menos, en ausencia de formación de hielo). Pero hoy tenemos una solución gracias al trabajo de Vassilios Dallas y Christos Vassilicos en el Imperial College de Londres.

En el centro de este problema hay una cantidad llamada número de Stokes, en honor al matemático irlandés George Stokes, que lo inventó en el siglo XIX. El número de Stokes es una cantidad adimensional relacionada con la inercia que describe cómo las gotas de agua chocan en un flujo de gas. Es muy sensible a la escala a la que ocurren estas colisiones.

Cuando el número de Stokes es pequeño, una gota sigue el flujo del gas mientras se mueve alrededor de otra gota, por lo que rara vez chocan. Cuando el número es grande, las gotas tienen mayor inercia y, por lo tanto, no pueden evitar chocar entre sí.

Aquí está el problema. Antes de que se formen las nubes, las gotas son pequeñas y el número de Stokes es minúsculo. Por lo tanto, las gotitas rara vez chocan. Después de que se forman las nubes, las gotas son grandes y el número de Stokes es enorme, lo que significa que las partículas se combinan fácilmente, creando lluvia. Pero, ¿cómo ocurre esta transición?

Aquí hay un problema del huevo y la gallina. Las gotas no pueden crecer rápidamente a menos que el número de Stokes sea grande, pero el número de Stokes no puede ser grande a menos que las gotas sean grandes.

El gran avance que han logrado Dallas y Vassilicos es mostrar cómo la turbulencia cambia esta relación. Dicen que la turbulencia se produce en una amplia gama de escalas, incluidas las escalas micrométricas en las que se forman las gotas. El efecto de esta turbulencia es crear grandes variaciones en el número de Stokes en la escala micrométrica. Esto, dicen, es lo que hace que las pequeñas gotas choquen con más frecuencia.

Esencialmente, Dallas y Vassilicos dicen que la turbulencia a escala micrométrica acelera la formación de nubes y desencadena lluvias.

Es un resultado interesante, aunque no del todo inesperado, que debería conducir a mejores previsiones meteorológicas. Quizás de manera más significativa, también podría tener un gran impacto en los modelos climáticos. Las nubes tienen un gran efecto en la cantidad de luz que la Tierra refleja hacia el espacio. Es importante poder calcular mejor cuándo se forman.

Y tapa un bochorno vergonzoso en nuestra comprensión de uno de los fenómenos atmosféricos más básicos.

Ref: arxiv.org/abs/1012.0578 : Iniciación de lluvia en nubes cálidas

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